3. Расчет теплообменного аппарата
3.1. Методика конструктивного расчета теплообменного аппарата
(для схем обогрева № 2)
Целью конструктивного расчета является определение поверхности нагрева теплообменника при известных значениях начальных и конечных параметров теплоносителей. Порядок выполнения такого расчёта следующий.
Определяется величина теплового потока Q0, получаемого холодным теплоносителем от горячего.
Учитывая, что (dн/dвн)<1,5 , можно воспользоваться для расчета коэффициента теплопередачи формулой:
(3.1)
где в
– коэффициент теплоотдачи от жидкости
к стенке трубопровода,
;
н
– коэффициент теплоотдачи от внешней
поверхности трубопровода к воздуху в
кабине,
;
δ
– толщина стенки обогревательной трубы
(трубки теплообменника); λст
– коэффициент теплопроводности материала
трубы.
Воспользовавшись указаниями раздела, в соответствии со схемой теплообмена выбираются уравнения подобия и рассчитываются коэффициенты теплоотдачи α1 и α2 по формуле:
,
(3.2)
Воспользовавшись уравнением теплового баланса
,
(3.3)
вычисляют конечную температуру горячего теплоносителя:
,
(3.4)
где
–
температура горячего теплоносителя
(ОЖ) на входе, ○С;
m1
– массовый расход горячего теплоносителя,
кг/c
(для схемы № 1 и № 2 принять; Cp1
– массовая
теплоёмкость ОЖ при постоянном давлении
(табл. П.2).
Из уравнения теплопередачи:
,
(3.6)
находится требуемая площадь теплообменника (м2):
,
(3.7)
Таблица 3
Характеристики теплообменного аппарата
Параметр |
Обозн. |
Величина |
1.Площадь теплопередающей поверхности 2. Расход воздуха 3. Скорость воздуха 4. Количество трубок 5. Длина трубок 6. Внутренний диаметр трубок 7. Наружный диаметр трубок 8. Материал трубок и пластин 9. Коэффициент теплопроводности латуни 10. Расположение трубок (для вариантов заданий 11÷15) 11. Расположение трубок (для вариантов заданий 26÷30) 12. Поперечный шаг пучка 13. Продольный шаг пучка |
F' m2 W n l′ dвн dнар – λ –
–
S1 S2 |
3 м2 500 кг/ч 2 м/с 48 0,3 м 10 мм 12 мм латунь 110 Вт/(м·К) шахматный пучок
коридорный пучок
30 мм 40 мм |
4. Расчетные зависимости для определения коэффициентов теплоотдачи
Коэффициенты теплоотдачи, входящие в формулу коэффициента теплоотдачи (α1 и α2 ), находятся из выражения:
,
( 4.1)
где Nu – число подобия Нуссельта; α – искомый коэффициент теплоотдачи;
λ – коэффициент теплопроводности жидкости (воздуха), соприкасающейся с твердой стенкой; d – определяющий размер (внутренний или наружный диаметр трубки).
Число подобия Нуссельта определяют из уравнения подобия
Nu = f (Re, Gr, Pr), (4.2)
конкретный вид которого зависит от условий теплообмена.